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未来的材料:未来十年什么将取代塑料

取代塑料的竞赛正在生产具有不同商业轨迹的真实材料——规模化材料和留在实验室的材料之间的差异更少取决于化学,而更多地取决于经济和基础设施。

未来的材料:未来十年什么将取代塑料

塑料不会被单一材料取代。这个前提简化了一个问题,而实际上是一组完全不同的问题:需要防潮的食品包装、需要在几个小时内保持刚性的一次性杯子、在物流过程中不能变重或软化的保护泡沫、需要真空密封的柔性薄膜。每个应用程序都有特定的性能要求,并且正在出现的替代品并不通用——每个应用程序都解决了一部分问题。大多数包装和消费品公司尚未足够严格地了解哪种材料以何种成本以及哪种报废基础设施解决哪种应用问题。

生物塑料:问题不在于化学

PHA和PLA是两种商业化程度最高的生物塑料。两者都是可堆肥的,都有实际应用,并且都有相同的基本问题:寿命的终结取决于不具备必要规模的基础设施。 PLA 在工业条件下可堆肥——温度高于 60 摄氏度,湿度控制数周。被扔进垃圾填埋场后,它的表现与传统塑料一样。倾倒在家庭堆肥中,在大多数气候下,它不会在预期时间内降解。实际结果是一种带有可堆肥标签的材料,但其环境效益取决于工业收集和堆肥链,在巴西,只有不到 5% 的城市存在这种链。

PHA 在这方面比 PLA 具有优势——它可以在更广泛的环境条件下生物降解,包括土壤和海水——但生产成本是 PLA 的两到四倍,而后者的成本已经是传统聚丙烯价格的两到三倍。随着Danimer Scientific和CJ BIO等厂商产能的增加,PHA的成本已经下降,但与石化塑料平价还不是短期前景。如今 PHA 的经济论据取决于产品溢价(买家为生物降解性属性支付更多费用)以及通过环境影响费或使用限制使传统塑料变得更加昂贵的法规。

Mcelium:从实验室到包装货架

菌丝体——真菌丝的网络——就其商业化速度而言是最令人惊讶的材料之一。 Ecovative 是一家成立于 2007 年的北美公司,已向戴尔、宜家和 Sealed Air 供应菌丝体包装。这个过程的概念很简单:农业废物——麦秆、稻壳、甘蔗渣——与真菌孢子混合,放入模具中,经过几天的生长,它们就具有了所需的结构。菌丝体将植物碎片粘合成复合材料,可以干燥以停止生长,并且具有接近聚苯乙烯泡沫的机械性能,用于缓冲应用。

成本仍然高于 EPS,但在单位价值较高的应用(消费电子产品、工业设备)中,考虑到受保护产品的价值,包装成本的差异是无关紧要的。优质品牌的营销论据是真实的:包装明显不同,以有形的方式传达环保承诺,而不是在盒子底部贴上回收标志。意大利公司 Mogu 将这一概念扩展到隔音板和墙面覆盖物,表明菌丝体不仅仅是包装的解决方案。

菌丝体的局限性在于湿度性能——基于真菌的材料在潮湿环境中吸收水分并失去机械性能,无需额外处理。对于潮湿的食品包装或暴露在天气条件下,材料需要涂层或处理,这使生物降解性的争论变得复杂。

藻类和细菌纤维素膜

来自藻类和细菌纤维素的材料处于商业化的早期阶段,但在特定领域有明确的应用。藻类薄膜具有阻隔性能,使其成为替代小袋和单独食品包装中塑料薄膜的候选材料。英国Notpla公司已经生产了食用酱胶囊——包装是产品的一部分,无残留。规模化面临的挑战是藻类供应链的质量和数量是否一致,以及材料对加工和储存条件的敏感性。

细菌纤维素由 Komagataeibacter xylinus 等细菌在发酵培养基中产生,可产生一种纯度高、透明度高且机械性能优于纸张的材料,有可能在不需要气体阻隔的应用中取代透明 PET 薄膜。由于发酵过程缓慢,每升培养基产量低,生产成本仍然较高。但像 Scoby 和 Nanollose 这样的公司正在致力于工艺优化,这可能会在未来五年内改变这一现状。

包装和消费品公司现在应该做什么

对一次性塑料的监管压力是真实存在的,而且还在不断增加。 CONAMA 第 498/2020 号决议和第 14,026/2020 号法律规定了回收和减少塑料的渐进义务。欧洲SUP指令已经禁止了一些一次性塑料制品,并为巴西的发展方向提供了参考。等待监管全面实施才开始测试替代品的公司将迟到进入市场并且没有吸取教训。

针对特定应用进行的有意义的练习有四个变量:在应用的技术要求中替代品与原始塑料的性能、替代品的当前成本和未来三到五年的预期成本轨迹、目标市场中替代品可用的报废基础设施以及客户对环境属性的看法。并不是每次换人都会对所有四名球员造成影响。在优质产品的二次包装中,菌丝体会闭合。装在低成本餐饮调味品袋中,尚未封闭。知道哪里应该关闭、哪里不应该关闭比对可持续发展做出一般性承诺更有价值。

在没有这种映射的情况下决定更换材料的风险是将一个问题(塑料)替换为另一个问题,就像解放军在可堆肥包装市场上造成的混乱一样,消费者丢弃有机废物,因为他们在包装上看到“可堆肥”,而这些材料无论如何都会被填埋。未能在整个生命周期中保持的可持续发展证书是一种声誉责任,而不是一种资产。

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